Magnetic Levitation Gekoppelt mit tragbaren Imaging und Analyse für Krankheitsdiagnostik

Zusammenfassung

Wir präsentieren eine Magnetschwebetechnik gekoppelt mit automatisierter Bildgebung und Analyse sowohl in einem Smartphone-kompatiblen Gerät als auch in einem Gerät mit eingebetteter Bildgebung und Verarbeitung. Dies wird zur Messung der Dichteverteilung von Zellen mit zwei nachgewiesenen biomedizinischen Anwendungen angewendet: Diagnose der Sichelzellkrankheit und Trennung von weißen und roten Blutkörperchen.

Zusammenfassung

Derzeit sind viele klinische Diagnoseverfahren komplex, kostspielig, ineffizient und für eine große Bevölkerung auf der Welt unzugänglich. Die Anforderungen an spezialisierte Geräte und geschultes Personal erfordern, dass viele diagnostische Tests in entfernten, zentralisierten klinischen Labors durchgeführt werden. Die Magnetschwebetechnik ist eine einfache, aber leistungsstarke Technik und kann angewendet werden, um Zellen zu schweben, die in einer paramagnetischen Lösung schweben und in ein Magnetfeld gebracht werden, in einer Position, die durch das Gleichgewicht zwischen einer magnetischen Kraft und einer Auftriebskraft bestimmt wird. Hier stellen wir eine vielseitige Plattformtechnologie vor, die für die Point-of-Care-Diagnostik entwickelt wurde und die Magnetschwebetechnik in Verbindung mit mikroskopischer Bildgebung und automatisierter Analyse verwendet, um die Dichteverteilung der Zellen eines Patienten als nützlichen diagnostischen Indikator zu bestimmen. Wir stellen zwei Plattformen vor, die nach diesem Prinzip funktionieren: (i) eine Smartphone-kompatible Version der Technologie, bei der die eingebaute Smartphone-Kamera verwendet wird, um Zellen im Magnetfeld abzubilden, und eine Smartphone-Anwendung die Bilder verarbeitet und die Dichteverteilung der Zellen misst, und (ii) eine in sich geschlossene Version, bei der eine Kameraplatine zur Aufnahme von Bildern verwendet wird und eine eingebettete Verarbeitungseinheit mit angeschlossenem Dünnfilmtransistor (TFT)-Bildschirm die Ergebnisse misst und anzeigt. Zu den demonstrierten Anwendungen gehören: (i) die Messung der veränderten Verteilung einer Zellpopulation mit einem Krankheitsphänotyp im Vergleich zu einem gesunden Phänotyp, die zur Diagnose der Sichelzellkrankheit angewendet wird, und (ii) die Trennung verschiedener Zelltypen anhand ihrer charakteristischen Dichten, die zur Trennung von weißen Blutkörperchen von roten Blutkörperchen für die Zytometrie der weißen Blutkörperchen angewendet wird. Diese Anwendungen sowie zukünftige Erweiterungen der essentiellen dichtebasierten Messungen, die durch diese tragbare, benutzerfreundliche Plattformtechnologie ermöglicht werden, werden die Möglichkeiten zur Krankheitsdiagnose am Point-of-Care erheblich verbessern.

Einleitung

Hier stellen wir eine Technologie-Plattform und eine Technik, die Magnetschwebebahnen verwendet gekoppelt mit automatisierten Bildgebung und Analyse der Dichteverteilung von den Zellen eines Patienten als Indikator für die Krankheit zu analysieren. Dieser vielseitige Ansatz für dichtebasierte zytometrische Analyse kann letztlich zu einer Reihe von Krankheitsdiagnostik angewendet werden. Um jedoch mit Point-of-care-Tests und die Verwendung in Entwicklungsländern kompatibel zu sein, muss der Technik Anforderungen erfüllen zu niedrigen Kosten, Portabilität und Benutzerfreundlichkeit. Das Gerät und Verbrauchsmaterialien müssen leicht zu geringen Kosten erhalten werden. D....

Protokoll

Ethische Erklärung: Alle Verfahren menschlichen Blutproben beteiligt sind, wurden durchgeführt nach den institutionellen Regelungen. Alle Protokolle wurden vom Institutional Review Board überprüft und genehmigt. Eine informierte Zustimmung wurde von allen Teilnehmern gegeben.

1. Probenvorbereitung für die Sichelzellenanämie - Diagnose ^{5, 8}

1. Bereiten Sie eine 50 mM Lösung von Gadobutrol in Hanks Balanced Salt Solution (HBSS).
2. Man löst 10 mM Natriummetabisulfit in der Gadolinium-Lösung.
   HINWEIS: Natriummetabisulfit ist giftig beim Einatmen und reizt stark Ha....

Ergebnisse

Für Verteilungsanalyse der Zelldichte, die die Technik zur Sichelzellenkrankheit Diagnose verwendet wird, ist das Ziel, die Breite der Verteilung der Zellpopulation zu identifizieren. Die Blutzellen von Patienten ohne Sichelzellkrankheit innerhalb einer vorhersagbaren Breite beschränkt werden. Zellen von Patienten mit Sichelzellkrankheit wird über einen weiteren Bereich mit einer nach unten gerichteten Schrägstellung in der Zellverteilung (siehe Abbildung 4) für eine bes.......

Diskussion

Kritische Schritte im Rahmen des Protokolls
Kritische Faktoren in diesem Verfahren umfassen die richtige Ausrichtung der Magnete. Wenn die Magnete sich lösen oder getrennt mehr als normal in dem Gerät, kann dies Auswirkungen auf die Ergebnisse. Zu steuern, um diesen Fehler oder andere in dem Prozess, eine Dichte gesteuerten Teilchen, wie Polystyrol-Mikrokügelchen, kann periodisch für Veränderungen über die Zeit zu steuern, verwendet werden. Ferner ist Schwebezeit wichtig, damit die Zellen ein Gleichgewicht zu err.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Gadavist (Bayer)	Jefferson Medical and Imaging	2068062	Gadavist enthält 1 M Gadobutrol, ein Chelat von Gadolinium. Wir haben 2 ml Fläschchen mit 15/ca.
Mikrokapillarröhrchen aus quadratischem Glas	Vitrocom	8270	50 mm Länge ist ausreichend
Natriummetabisulfit	Sigma-Aldrich	S9000	Chemische Formel: Na2S2O5
Leica Microsystems Critoseal Tube Dichtstoff	Fisher Scientific	02-676-20
Hank's Balanced Salt Solution	Sigma-Aldrich	H9269  SIGMA
Trypsin-EDTA	Sigma-Aldrich	T4049	Oder ein anderes Reagenz, wie für den verwendeten Zelltyp empfohlen
MICROLET 2 Verstellbare Stechhilfe	Walgreens	246567	Jede Stechhilfe ist akzeptabel, wenn sie gemäß den Biosicherheitsprotokollen verwendet
Microlet Lancets	Walgreens	667474	Muss entwerfbar sein und darf nicht wiederverwendet werden
Hausser Bright-Line Phase Hämazytometer	Fisher Scientific	02-671-6	Oder eine beliebige Methode zur Zellzählung
ACK Lysing Buffer	ThermoFisher A1049201